一种基于电极锅炉的电网调频系统的制作方法

本实用新型涉及电网调频领域，尤其涉及火力发电机组利用电极锅炉参与电网调频辅助服务。

背景技术：

近年来随着中国国民经济的飞速发展，人们对电力的需求也急剧增加，峰谷差日益增大。中国电力供应峰谷比约为10/0.7，远高于一般发展中国家的平均水平1/0.63，比美国1/0.25的峰谷比高得多，因此中国发电机组的调峰任务艰巨。发电机组的调频能力是维护电网功率平衡和安全稳定的第一道重要屏障，其调节能力和性能对电网的动态稳定性显得尤为重要；此外，风能、核能等电源的飞速发展，相对降低了电网的自调节能力，大规模接入的风电机组甚至引入了额外的随机功率扰动，使电网稳定性进一步恶化。合理规范并监测机组调频参数和性能，保障机组良好的调频能力，对电网的安全稳定运行和未来智能电网环境下的优化调度具有重要的意义。

目前火力发电机组的自动发电控制(AGC)、调频性能是统调机组涉网性能中的2个重要指标，电网调度对机组的AGC、调频性能有严格的要求，这2个指标也是电网“二个细则”考核的重要内容，尤其是AGC品质直接体现机组的性能。目前机组主要通过锅炉、汽轮机的协调控制，依靠增、减燃料量，开大或关小汽轮机调门来响应电网的需求，由于锅炉存在迟延，机组负荷响应始终存在局限性；汽轮机为确保有调节裕量，调门也无法保持全开状态，限制了调节的深度。

另外，目前大多数发电厂采用DEH(数字式电液)控制系统，为了负荷的稳定和考核的需要，避免机组随频率变动而频繁进行调节，影响负荷的稳定，将汽轮机转速调节系统的一次调频死区设置的比较大，一次调频作用几乎被切除，使得电网的频率主要靠二次调频来维持。研究表明，在突发性事故和大的负荷(功率)扰动时，很多机组尽管具有调节负荷的能力，但对频率偏差的调频响应几乎为零，此时就会出现频率大幅度波动甚至发生系统崩溃的恶性事故。

技术实现要素：

本实用新型利用了高压电极锅炉负荷功率可以进行快速调节响应和无级调节的特点，创新性地将电极锅炉负荷控制与发电厂AGC和电网调频控制进行联动，通过电极锅炉的快速增减负荷，实现机组响应电网的AGC和调频对机组负荷的变动要求。

本实用新型解决前述技术问题所采用的技术方案是：一种基于电极锅炉的电网调频系统，包括：

调频控制模块，包括电网电力调度中心和电厂机组集中控制系统，其连接到供电控制模块和功率控制柜以控制二者；

供电控制模块，其输入端连接到电厂输出，输出端连接到电极锅炉的功率控制柜，用于将电厂输出的电能进行转换后输送给功率控制柜；

功率控制柜，用于将接收的电压直接输送，或经过变压后输送给电极锅炉并控制电极锅炉的功率；

电极锅炉，用于将输入的电能转换成热能。

优选的是，所述供电控制模块包括：

第一变压器，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜；和

第一开关，并联连接到所述第一变压器的两端，其闭合后将输入的电压直接输送给功率控制柜。

优选的是，所述供电控制模块包括：

第二变压器，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜；和

第二开关，串联连接到所述第二变压器，其闭合后将输入的电压经由第二变压器输送给功率控制柜。

优选的是，所述供电控制模块包括：

第三变压器，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜；和

第三开关，并联连接到所述第三变压器的两端，其闭合后将输入的厂电压直接输送给功率控制柜。

优选的是，所述热量输出模块，其一端接收电极锅炉一次换热器的输出热量，另一端将热量输出到供热管网或电厂热力系统。

优选的是，所述调频控制模块用于执行至少一种下述调频操作：发电机组一次调频控制、发电机组二次调频控制、发电机组DEH调节和自动发电控制(AGC)。

优选的是，所述的电网和发电厂调频服务控制模块中的一次调频、二次调频、自动发电控制(AGC)、控制指令可以直接作用在电极锅炉功率控制柜上。

优选的是，所述的电网和发电厂调频服务控制模块中控制指令直接作用在电极锅炉功率控制柜上，通过电极锅炉的功率的快速增加和减少，实现机组发电机出口负荷保持不变的情况下，整个发电厂的上网电量跟随电网调频控制信号做出快速响应和负荷变化。

优选的是，所述的电极锅炉的功率的快速增加和减少，可以通过电极锅炉本身的功率控制柜调节功率实现，也可以通过调节第一变压器、第二变压器、第三变压器供给电极锅炉的供电电压实现。

优选的是，所述的电极锅炉的功率的快速增加和减少，最快的响应时间可以达毫秒级别，一般的响应时间在30S到1分钟，电极锅炉的功率调整范围从0％负荷到100％负荷。

优选的是，所述的电极锅炉的类型可以是浸入式的，也可以是喷射式的，或者是浸入式和喷射式结合的类型。

优选的是，所述的电极锅炉的供电电压范围为380V到110kV。

优选的是，所述的电极锅炉的功率范围为3MW到100MW。

优选的是，所述的电极锅炉可以是电极热水锅炉或电极蒸汽锅炉中的一种。

优选的是，所述的电极锅炉及热量输出模块在冬季供热季与集中供热管网连接，对外供热或供蒸汽。

优选的是，所述的电极锅炉及热量输出模块对于热电厂在非供热季和对于纯凝机组均采用将输出的热水或蒸汽根据参数打入电厂热力系统中。

优选的是，所述的发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，机组设置为按额定功率满发，通过设置±1％～±6％MCR对应的功率范围的电极锅炉与机组联动进行调频响应，此时，机组AGC响应调频控制是依靠电极锅炉功率的增加或减少实现。

优选的是，所述的电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电极锅炉功率控制柜减小电极锅炉的耗电功率△PB等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PA-PG；当电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电极锅炉功率控制柜增加电极锅炉的耗电功率△PB等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG–PA。

优选的是，所述的发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，对于要求发电厂快速降负荷的电网调频指令，通过投入电极锅炉并增加其电功率实现向下的负荷调节指令。

对于要求发电厂快速增加负荷的指令，通过AGC联合DEH增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器或凝结水节流等机组本身的一次调频升负荷手段中的至少一种来实现。

优选的是，所述的电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合DEH增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器或凝结水节流等机组本身的一次调频升负荷手段增加机组发电量△P等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△P＝PA-PG；当电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电极锅炉功率控制柜投入电极锅炉的耗电功率△PB等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG–PA。

优选的是，所述的发电厂每一台机组都可以联动一台或多台电极锅炉响应电网调频。

优选的是，所述的发电厂内的多台机组也可以通过供电线路切换共用一台或多台电极锅炉响应电网调频。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型利用电极锅炉快速响应和无级调节的特点，通过电极锅炉负荷功率的快速增减满足电网对发电厂调频的考核要求；

2)本实用新型摒弃了常规机组为满足电网调频要求，通过DEH系统控制造成的汽机调门频繁动作或大量锅炉快速负荷调整、磨煤机出力变化等机组扰动，增加了机组运行安全性，延长了机组寿命；

3)本实用新型利用电极锅炉负荷变动的最快响应时间可达到4ms，可以极大的增加机组调频的响应速率，使得火电机组适应未来更多不稳定风电光伏的电网结构。

附图说明

图1为按照本实用新型的基于电极锅炉的电网调频系统的一优选实施例示意图。

图2为按照本实用新型的基于电极锅炉的电网调频系统的另一优选实施例示意图。

图3为按照本实用新型的基于电极锅炉的电网调频系统的又一优选实施例示意图。

图4为按照本实用新型的基于电极锅炉的电网调频系统的再一优选实施例示意图。

图示说明：

1.升压变压器；2.第二变压器；2-1.开关；3.第一变压器；3-1.开关；4.第三变压器；4-1.开关；5.电极锅炉；6.功率控制柜；7.电极锅炉一次换热器。

具体实施方式

为了更进一步了解本实用新型的内容，下面将结合具体实施例对本实用新型作更为详细的描述，实施例只对本实用新型具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本实用新型的基础上作出的非实质性修改，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图2所示，一种基于电极锅炉的电网调频系统，包括：

调频控制模块，包括电网电力调度中心和电厂集中控制系统，其连接到供电控制模块和功率控制柜6以控制二者；

供电控制模块，其输入端连接到电厂输出，输出端连接到电极锅炉5的功率控制柜6，用于将电厂输出的电能进行转换后输送给功率控制柜6；

功率控制柜6，用于将接收的电压直接输送，或经过变压后输送给电极锅炉并控制电极锅炉的功率；

电极锅炉，用于将输入的电能转换成热能。

本实施例中，所述供电控制模块包括：

第一变压器3，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜6；和

第一开关3-1，并联连接到所述第一变压器3的两端，其闭合后将输入的电压直接输送给功率控制柜6。

本实施例中，所述热量输出模块，其一端接收电极锅炉一次换热器7的输出热量，另一端将热量输出到供热管网或电厂热力系统。

本实施例中，所述调频控制模块用于执行至少一种下述调频操作：发电机组一次调频控制、发电机组二次调频控制、发电机组DEH调节和自动发电控制(AGC)。

本实施例中，所述的电网和发电厂调频服务控制模块中的一次调频、二次调频、自动发电控制(AGC)、控制指令可以直接作用在电极锅炉功率控制柜(6)上：

本实施例中，所述的电网和发电厂调频服务控制模块中控制指令直接作用在电极锅炉功率控制柜上，通过电极锅炉的功率的快速增加和减少，实现机组发电机出口负荷保持不变的情况下，整个发电厂的上网电量跟随电网调频控制信号做出快速响应和负荷变化；

本实施例中，所述的电极锅炉的功率的快速增加和减少，可以通过电极锅炉本身的功率控制柜(6)调节功率实现，也可以通过调节第一变压器3、第二变压器2、第三变压器4供给电极锅炉的供电电压实现；

本实施例中，所述的电极锅炉5的功率的快速增加和减少，最快的响应时间可以达毫秒级别，一般的响应时间在30S到1分钟，电极锅炉的功率调整范围从0％负荷到100％负荷；

本实施例中，所述的电极锅炉5的类型可以是浸入式的，也可以是喷射式的，或者是浸入式和喷射式结合的类型；

本实施例中，所述的电极锅炉5的供电电压范围为380V到110kV；

本实施例中，所述的电极锅炉5的功率范围为3MW到100MW；

本实施例中，所述的电极锅炉5可以是电极热水锅炉或电极蒸汽锅炉中的一种；

本实施例中，所述的电极锅炉5及热量输出模块在冬季供热季与集中供热管网连接，对外供热或供蒸汽；

本实施例中，所述的电极锅炉5及热量输出模块对于热电厂在非供热季和对于纯凝机组均采用将输出的热水或蒸汽根据参数打入电厂热力系统中；

本实施例中，所述的发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，机组设置为按额定功率满发，通过设置±1％～±6％MCR对应的功率范围的电极锅炉5与机组联动进行调频响应，此时，机组AGC响应调频控制是依靠电极锅炉5功率的增加或减少实现。

本实施例中，所述的电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电极锅炉功率控制柜(6)减小电极锅炉的耗电功率△PB等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PA-PG；当电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电极锅炉功率控制柜(6)增加电极锅炉5的耗电功率△PB等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG-PA；

本实施例中，所述的发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，对于要求发电厂快速降负荷的电网调频指令，通过投入电极锅炉5并增加其电功率实现向下的负荷调节指令；

对于要求发电厂快速增加负荷的指令，通过AGC联合DEH增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器或凝结水节流等机组本身的一次调频升负荷手段中的至少一种来实现。

本实施例中，所述的电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合DEH增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器或凝结水节流等机组本身的一次调频升负荷手段增加机组发电量△P等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△P＝PA-PG；当电网给发电厂的AGC控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电极锅炉功率控制柜(6)投入电极锅炉的耗电功率△PB等于AGC指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG-PA；

本实施例中，所述的发电厂每一台机组都可以联动一台或多台电极锅炉响应电网调频；

本实施例中，所述的发电厂内的多台机组也可以通过供电线路切换共用一台或多台电极锅炉响应电网调频；

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型利用电极锅炉快速响应和无级调节的特点，通过电极锅炉负荷功率的快速增减满足电网对发电厂调频的考核要求；

2)本实用新型摒弃了常规机组为满足电网调频要求，通过DEH系统控制造成的汽机调门频繁动作或大量锅炉快速负荷调整、磨煤机出力变化等机组扰动，增加了机组运行安全性，延长了机组寿命；

3)本实用新型利用电极锅炉负荷变动的最快响应时间可达到4ms，可以极大的增加机组调频的响应速率，使得火电机组适应未来更多不稳定风电光伏的电网结构。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1所述的电极锅炉参与调频系统机构大体相同，所不同的是，其中电极锅炉的供电在机组升压站后220kV～500kV接线，然后经过降压器降压到380V～110kV给电极锅炉供电。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1所述的电极锅炉参与调频系统机构大体相同，所不同的是，其中电极锅炉的供电在厂用电线路上接线，如果厂用电线路电压与电极锅炉供电要求电压一致，则可直接通过电气开关接线，如果电压不同经过变压器调压到380V～110kV给电极锅炉供电。

实施例4

本实施例电极锅炉的供电方式可以采用上述三个实施例的任意一种供电方式，与上述三个实施例主要的不同之处是电极锅炉加热出来的热水直接打入集中供热管网，如果电极锅炉加热出来的是蒸汽，则直接对外供蒸汽.

实施例5

本实施例电极锅炉的供电方式可以采用实施例1、2、3的任意一种供电方式，与上述三个实施例主要的不同之处是电极锅炉加热出来的热水根据其参数直接打入电厂热力系统的适当位置，如果电极锅炉加热出来的是蒸汽，则根据蒸汽参数将此蒸汽打入电厂热力系统的适当位置.

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本实用新型，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本实用新型的范围。以上结合本实用新型的具体实施例做了详细描述，但并非是对本实用新型的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本实用新型技术方案的范围。